关键词： 孔隙尺度   高含水期   相对渗透率   水驱特征曲线   相场方法  

摘要： 水驱特征曲线对预测水驱油藏可采储量及开发动态具有重要作用,其理论推导的基础是油水相对渗透率比值(Kro/Krw)与含水饱和度(Sw)在半对数坐标下呈线性关系.然而大量矿场实践及岩心实验研究显示,油田开发进入高含水期后, Kro/Krw与Sw在半对数坐标下偏离直线关系,导致水驱特征曲线出现上翘现象而无法准确预测开发动态.为摸清水驱特征曲线上翘的本质原因,本研究基于Navier-Stokes方程模拟油水两相在微观多孔介质中的驱替过程,采用相场方法实时描述油水两相界面变化.通过微观油水两相数值模拟研究了壁面润湿性、油水黏度比等因素对油水在高含水阶段流动状态的影响,并分析了这些因素对Kro/Krw与Sw在半对数坐标下偏离直线关系时临界含水率的影响.研究结果表明,高含水期剩余油由连续相转变为非连续相,油相流动能力快速下降是水驱特征曲线出现上翘的内在原因;临界含水率在不同润湿性多孔介质内存在差异,渗吸作用导致水湿多孔介质中的临界含水率高于油湿多孔介质;高油水黏度比条件下的黏性指进现象会强化注入水的无效驱替,使水驱特征曲线在相对较低含水率时偏离直线.该研究初步揭示了油藏润湿性及油水黏度比对水驱特征曲线上翘拐点的影响,为高含水油藏开发提供有效指导.

关键词： 回热器   换热特性   孔隙尺度   斯特林机  

摘要： 基于孔隙尺度,建立局部三维丝网模型,对丝网回热器换热特性进行数值研究。分析不同工质、压力、温度、流速、丝网目数条件下,回热器换热特性的变化规律,并对模拟结果进行总结,拟合出特定雷诺数范围内,单向流动下Nu数与Re数的经验关联式(Nu=9.74+3.78Re^0.36),与前人实验所得关联式进行对比,在低雷诺数范围吻合较好,最大误差在10%内。此外,定性分析孔隙尺度下的温度场分布图,发现工质流经丝网时产生的温降及扰动会对换热过程产生双重影响,而通过非稳态过程的分析,总结了对流换热强度随时间的变化规律,为完善斯特林循环分析方法及设计和优化斯特林发动机提供参考。

关键词： 多孔介质   孔隙尺度   光滑粒子法   溶质运移   弥散度  

摘要： 借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,本文从流体质点运动和溶质扩散的物理本质出发,设计并进行孔隙尺度下多孔介质中溶质运移的仿真实验,进而分析多孔介质弥散度影响因素,并讨论弥散度与多孔介质结构参数的关系。通过离散化N-S方程和Fick扩散方程,建立描述孔隙水流动的SPH水动力模型和描述溶质分子扩散的扩散模型,求解出在低Pe数下对流扩散方程的一维定解问题,检验了模型的准确性。在高Pe数流场中,进行了恒定流速的黏性流体穿透多孔介质薄层的仿真实验,计算结果可准确模拟出过水断面上各流体质点的流速差异、流体质点在多孔介质中的弥散过程以及流体质点的迂曲绕流过程;通过建立三段理想化的孔隙通道模型,发现在迂曲路径相同时,速度差对机械弥散度仍有显著影响。最后,为探究弥散度与多孔介质结构参数的关系,生成了多组随机粒径的二维多孔介质进行溶质穿透仿真实验。计算结果表明,弥散度与流速变异系数、迂曲度、迂曲路径差以及不均匀系数大致呈正相关,与孔隙率呈负相关。

关键词： 致密砂岩   孔隙尺度各向异性   孔隙分布   比表面积   迂曲度   渗透率   影响机理  

摘要： 借助微CT扫描实验,建立致密砂岩的三维数字岩心,定量评价孔隙尺度各向异性和孔隙分布非均质性;采用四参数随机生成算法,构建三维各向异性、非均质性多孔介质模型,同时运用多弛豫时间格子-玻尔兹曼模型分析多孔介质渗透率与孔隙尺度各向异性、孔隙分布非均质性的关系,研究对岩心渗透率的微观影响机理。研究表明,致密砂岩孔隙形态复杂,孔隙尺度各向异性、孔隙分布非均质性显著,各向异性因子具有明显的方向性;孔隙尺度各向异性影响多孔介质中孔隙长轴的取向性及流体流动路径,沿各向异性因子大的方向迂曲度小、流体流动消耗能量小,迂曲度与各向异性的强相关是各向异性影响渗透率的根本原因;孔隙分布非均质性对渗透率的影响表现为迂曲度与比表面积的共同作用,比表面积与迂曲度的乘积与非均质性呈明显负相关,孔隙分布非均质性越强,乘积值越小,渗透率越大;复杂多孔介质的渗透率与迂曲度满足乘幂关系式,拟合精度较高,可用于岩心渗透率的近似估算。

关键词： 裂隙   多孔介质   孔隙尺度   对流扩散   SPH方法  

摘要： 为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.

关键词： X-CT扫描   碳酸盐岩   微观孔隙结构   多尺度融合  

摘要： 为了更加直观、准确地刻画碳酸盐岩储集层的微观孔隙结构特征,分别选取裂缝发育的双孔介质碳酸盐岩储层样品与裂缝不发育的单介质碳酸盐岩储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立碳酸盐储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线,并与常规高压压汞法结果进行平行对比。研究结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验得到的曲线具有较高的一致性,数字岩心得到的模拟结果具有较高的可信度。数字岩心技术在碳酸盐储层微观孔隙结构的直观刻画与定量描述方面,具有明显优势。

关键词： grouting material   pore microstructure   pore interconnectivity   trans-scale study   nuclear magnetic resonance   thin-section analysis   random walk pore spectral dimension  

摘要： The pore structure and porosity of three kinds of mine grouting materials were characterized based on a thin-section analysis and low-field nuclear magnetic resonance (NMR) technique. The macroscopic pore interconnectivity was investigated using binary images captured from thin sections and a random walk pore spectral dimension (RWPSD) algorithm. The experimental results show that the microstructure of the grouting materials used consisted of interlayer pores, gel pores, capillary pores, circular air holes, and small fractures, and tailings can fill some gaps in the hydration product structure and dense hydration products. There is a positive correlation between pore interconnectivity and curing time. In addition, there is a relationship between pore interconnectivity and porosity. With increasing porosity and pore interconnectivity, a non-uniform pore structure occurs in mine grouting materials with an accelerator and results in reduced setting time and later strength.

关键词： 致密砂岩   孔隙尺度   应力敏感   有限元  

摘要： 油田开发过程中,有效应力随地层压力减小而增加,储层岩石发生形变,孔隙度及渗透率降低,应力敏感现象明显。基于应力敏感实验以及岩心CT扫描图像,采用MIMICS和ANSYS软件,利用有限元方法从孔隙尺度对致密砂岩岩心单轴受力及三轴受力过程进行模拟,分析了应力条件下孔隙结构的变化规律。结果表明:非均质性对储层应力敏感具有明显影响;单轴应力作用下,岩心孔隙边缘和孔隙连接处存在应力集中现象;节点位移呈层状分布且受应力传递的影响;三轴应力作用下,岩心骨架受力变形,孔隙概率分布左移,导致平均孔径、孔隙度及渗透率损失。孔隙度越高,其平均孔径降低幅度越大,即孔隙度降低幅度越大。

关键词： 水敏   CT原位扫描   QEMSCAN   孔隙尺度   岩心重构   不均匀伤害   有效渗透率  

摘要： 新疆莫北油田是典型的砂砾岩油田,矿场实践表明油藏存在严重的水敏伤害问题。为防止水敏伤害后储层物性变差,针对该地区砂砾岩水敏损伤机理展开研究,提出了一种基于CT扫描实验进行三维矿物分布重构研究水敏损伤机理的方法。通过对比QEMSCAN确定的矿物分布图和Micro-CT扫描岩心切片的灰度图,建立CT扫描灰度值与不同矿物组分的对应关系。然后对CT扫描的整块岩心矿物组分进行识别,并利用X射线衍射分析的矿物含量对识别结果进行验证。通过对比水敏前后重构的三维数字岩心,对水敏损伤机理进行了分析,利用重构的数字岩心并基于侵入-逾渗理论模拟了两相渗流过程,获得了伤害前后相渗曲线的变化特征。结果表明,造成水敏损伤的主要原因是非晶体矿物(黏土)的膨胀、分散和运移,在这一过程中大孔喉被分割成小孔喉,且喉道的损伤程度大于孔隙的损伤程度,进而导致了渗透率的下降。通过相渗曲线分析可知,发生水敏后,不仅绝对渗透率降低,相对渗透率亦降低,水敏对于油水两相的总有效渗透率的伤害是绝对渗透率伤害的1.6～2.0倍。

关键词： 煤炭自然发火   介尺度   表征体元   孔隙   尺度上联  

摘要： 煤炭自然发火存在明显的介尺度特性,应用介尺度科学理论将煤炭自然发火的微观反应机理与宏观变化特征相关联,有助于推进煤自燃领域的深入研究。首先分析了单煤颗粒、煤颗粒聚团及煤堆3个尺度的区别及相互联系,指出尺度之间正确的信息传递是多尺度模拟的前提,煤自燃领域尺度信息传递的主要方式是"尺度上联"。从数学建模角度提出煤颗粒聚团的本质就是煤堆的表征体元,以表征体元为最小单位的表征体元尺度数值模拟是一种忽略聚团内结构变化的基于宏观数学模型的计算方法,相对应的表征体元内考虑单煤颗粒相互影响的孔隙尺度数值模拟是一种基于微观数学模型的计算方法,由此明确了煤自燃研究中介尺度Ⅱ所在的堆积态煤体层次的物理过程与数学概念。其次基于表征体元尺度的定义,考虑瞬时孔隙率和高温辐射换热特征,建立了连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和浓度方程,简述了求解过程,指出需要由孔隙尺度模型获取的参数有孔隙率、渗透率、对流换热系数等。接着论述了基于格子玻尔兹曼方程、考虑内部孔隙结构的孔隙尺度微观模型,并用实例展示了采用工业CT技术获取煤岩体孔隙物理结构、3维数字重构及表征体元提取的步骤。最后利用不同尺度之间参数的本构关系,提出从孔隙尺度获取宏观控制方程中孔隙率、渗透率、惯性系数和对流换热系数的尺度上联方法,从数学上实现了孔隙尺度微观模型到表征体元尺度宏观模型之间的信息传递,从而完成了从孔隙尺度到表征体元尺度的多尺度物理建模和数学建模。